浅埋暗挖双连拱隧道导洞全断面帷幕注浆技术应用

周长村

(福建省交通建设质量安全中心，福州 350011)

0 引言

在复杂地质条件下进行浅埋暗挖隧道开挖时， 经常由于土体有较大的含水量，自稳能力差，开挖时容易发生涌水、突泥和坍塌事故，进而引起地表塌陷，在城市地下隧道施工容易引发原有路面开裂、 造成已有建筑物下沉甚至倒塌等不同程度的破坏。帷幕注浆施工技术，可以改善开挖施工区域的土体性质， 对复杂构造带进行加固及对地下水进行封堵， 提升所在地层土体的自稳与抗压能力，这一技术已经在许多工程中得到了成功的应用[1-7]。在此背景下， 本文提出了浅埋暗挖双连拱隧道导洞全断面帷幕注浆施工技术，保证了导洞开挖施工的安全和质量。

1 工程概况

某海底隧道陆域近海段全长240m，施工采用浅埋暗挖双连拱方案，开挖采用三导洞法+三台阶法+上台阶CD法相结合，该隧道以约30°夹角下穿市政路，上面有重载车辆通过， 路下管线密布， 埋深较浅， 其中侧导洞埋深15.2m～16.2m，中导洞埋深13.6～14.6m。

根据超前地质预报地勘报告及现场开挖实际显示，掌子面地层以全风化花岗岩为主，呈松散结构，潮湿状，岩体完整性和稳定性差， 临近市政路主干道区域为杂填土、全风化花岗岩，自稳能力极差，地下水丰富。该围岩遇水浸泡扰动后易软化，承载力急剧下降，中导洞中下台阶两侧出水量达15m3/d， 左导洞下台阶左侧出水量8m3/d，右导洞中台阶及下台阶右侧出水量达10m3/d， 洞内出水量较大，加大了围岩软化，隧道拱顶沉降明显。 市政路主路面已出现可见1～2cm 宽裂缝。 洞内沉降及收敛随后续中下台阶施工有逐渐增大趋势。

图1 某海底隧道工程陆域近海段暗挖双连拱隧道横断面图

为了解决以上存在的问题， 该隧道导洞采用三台阶开挖方法， 通过全断面帷幕注浆的辅助措施来止水和加固地层， 经现场调查咨询及对比国内类似围岩性状注浆方式，常规的单液注浆工艺无法解决上述难题，需通过的双液劈裂注浆的方法以达到止水+固化土体、基底加固的目的，从而确保安全顺利通过双连拱跨市政路段施工。

2 注浆工艺与主要技术参数

2.1 注浆工艺流程

在施工前做较准确的超前地质预报， 以明确注浆地段的水的化学性质、 岩性等。 现场做单孔或群孔注浆试验，掌握浆液的配合比、注浆量、注浆压力、凝结时间、因注浆引起的周围变化等。 其具体施工工艺流程如图2。

图2 注浆工艺流程图

2.2 浆液配比选择

暗挖双连拱隧道导洞周围以全风化花岗岩地层为主，且有小于10m3/h 钻孔涌水量，选择由水泥浆(水灰比为1：1)：水玻璃以1：1 配比的浆液，可注性较好、浆液凝固时间短、具有早强的优势、易于控制；且浆液配制容易，使用方便。 经试验测定此次工程所用的注浆配比初凝为47s，终凝5min，对导洞开挖时的加固围岩、临时止水和控制浆液扩散范围起到很好的效果。

2.3 止浆墙设置

采用50cm 厚井字工字钢焊接+钢筋网片+喷射混凝土施工的全断面止浆墙，注浆过程根据情况再适当补喷。全断面止浆墙可以很好地解决止浆墙存在配筋不足，喷射混凝土厚度不均匀， 与周边拱架连接不牢固， 存在开裂、漏浆情况等问题。

2.4 注浆方式

暗挖双连拱隧道导洞周围地层较软，水量较小，具有很好的成孔条件，埋深较浅，采用专用钻机全孔一次性注浆、后退式注浆的方法，有较高的工效，能很好的进行注浆孔的定位， 减少重复注浆的工作量。 注浆顺序按先外环，后内环，先下后上，左右对称的方式，同序内进行跳孔注浆施工。

2.5 注浆参数

(1)钻孔直径：钻孔采用50mm 钻头。

(2)注浆压力和浆液扩散半径：全风化花岗岩地层比较紧密且空隙率较小，浆液注入难度较大，主要以劈裂和挤密的方式向周围地层扩散，需要提高注浆压力，其注浆压力一般为：P=P土+(1.0～2.0)， 式中P 土为上覆盖土土压力[8]。 双连拱隧道导洞的埋深在13.6～16.2m 之间，下部最大压力不大于3MPa，可以选取2MPa，拱部注浆压力不大于2MPa，可以选取1.5MPa，具体取值可以根据现场地表冒浆情况和监测数据再进行合理的调整。 参照相似的工程经验，在选取的注浆压力下，全风化岩层中浆液扩散半径一般为1～2m，双连拱隧道导洞浆液扩散半径可取1m。

(3)注浆加固范围：由于双连拱隧道导洞周围岩层地质条件复杂，施工难度较大，从偏向于安全施工考虑，超前预注浆加固范围可以按开挖轮廓线外(0.5～1.0)D 取值，D 为隧道直径[9]。侧导洞开挖净宽为4.48m，中导洞开挖净宽为7.28m，取加固范围3m 能够满足导洞开挖稳定和止水的效果。

(4)注浆段长：注浆段长一般不能过长，利用较短的段长，加快注浆循环，可以起到降低塌孔和卡钻等事故的发生，并且可以大大提高钻孔的利用率。 由工程经验，注浆段长可取为：L=(3～5)D[9]，D 为开挖轮廓线外注浆厚度。 该工程双连拱隧道导洞全断面注浆每个循环注浆段取15m，开挖14m，预留1m 作为下一循环注浆止浆墙。

(5)注浆孔布设：注浆孔间距根据相关工程经验可按L=(1.5～1.75)R[10]取值，其中R 为注浆扩散半径。 在实际工程中可依据现场施工过程中动态调整。 该隧道侧导洞注浆孔布设分为二序，第一序环向孔12 孔，第二序竖向孔3 孔，共计15 孔；中导洞注浆孔布设分为三序，第一序环向孔14 孔，第二序环向孔9 孔，第三序竖向孔2 孔，共计25 孔。 施工过程中外倾角12°～15°。

(6)注浆速度：采用较低的注浆压力和较慢的注浆速度的方法可以达到良好的注浆效果。 该工程注浆速度控制在5～30L/min；注浆结束时，注浆速度小于5L/min。

3 注浆注意事项

(1)掌子面进行帷幕注浆时，必须加强对拱顶管线的监测，防止注浆压力过大引起地表隆起，管线上扬，管线接头张开；除地表沉降(隆起)、洞内拱顶沉降(隆起)及收敛、地下管网沉降(隆起)等监测项目外，还应严格监测附近信号塔倾斜及桩顶位移(包括竖向和水平向)， 确保安全。

(2)在注浆前，通过注浆试验，可以了解浆液配合比等注浆参数情况。 本次注浆段，拱顶埋深浅，地表有Φ800铸铁供水管， 注浆时需密切监测管线所处区域地表隆起情况，进而及时调整注浆参数，注浆压力，注浆流量，持续时间，对比摸索采用普通双液浆与地表隆起之间的关系。

(3)注浆过程采用JT-E5 灌浆自动化记录仪全程做好浆液流量记录。

(4)严格做好孔号、进尺、起讫时间、地质情况、出水位置，出水量及出水压力等钻孔记录。

(5)注浆过程中要定期检测浆液的凝结时间，确保注浆范围和效果。

(6)注浆过程中设置专人(两人一组)负责巡查路面在注浆过程中地面隆起情况， 同时加大监测频率，4h 测一回路面地表沉降数据， 依据监测情况及时沟通设计调整注浆压力及方案。

4 注浆效果检验与评定

以中导洞第一循环为例，历时9 天，共计完成24 个注浆孔施工；平均每日2.1 个孔，一孔一注，实际单孔效率来看，孔长20m，钻孔60min，注浆6h/孔。

该工程注浆效果检验采用了检查孔检验法： 在注浆范围内选取比较薄弱的部位布设检查孔， 一般取注浆孔数量的5%到10%作为检查孔数量的标准， 然后对检查孔进行出水量的测定， 如果每延米检查孔出水量超过0.15L/min， 或每延米局部检查孔出水量大于3L/min 时，需要对注浆孔进行补充注浆。 本次注浆前检查孔每延米涌水量为0.33L/min，注浆后，检查孔涌水量为0.01L/min；中台阶在注浆完成后，无水流流出，此次注浆检查孔的涌水量达到了设计要求。通过钻孔取芯可以看出，芯样比较完整，两种浆液在岩层中有较为密集的分布。

图3 注浆后检查孔

从开挖揭示的情况看，注浆段内，掌子面破除后，掌子面位置浆脉分布密集，无水流流出，注浆效果良好。 从开挖结果显示， 该工程中全断面帷幕注浆的止水效果是比较显著的。

图4 掌子面破除开挖

5 结语

通过某海底隧道陆域近海段浅埋暗挖双连拱中导洞第一循环全断面帷幕注浆检查孔检验和掌子面开挖后显示状态可以看出，通过注浆，检查孔的出水量从注浆前单孔出水量0.33L/min 降至注浆后单孔出水量O.01L/min，止水率达96.9%，达到了良好的止水效果；对注浆后的岩层进行钻孔取芯可以看出，芯样比较完整，两种浆液在岩层中有较为密集的分布， 达到了良好的固化和加固岩层的效果；注浆段内，掌子面破除后，掌子面位置浆脉分布密集，达到了较好的加固目的。通过注浆对隧道围岩进行加固和止水， 使得隧道在开挖过程中的地层出水量基本保持在渗水很小或者无水的状态， 有效地保证了隧道的施工安全。 该注浆技术对于以后类似复杂条件下工程施工具有一定的参考价值。